這次引力波來了，帶著10個地球的黃金

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可能這一天對於我們來說很平凡，而在人類對星辰大海的征途上，這可能正是起航的一天。

16日下午，各個天文物理平台都在為一場狂歡蓄勢，大家紛紛憋著大招，默契地保持著神秘感。

南京紫金山天文台：北京時間周一晚10點，將會與NASA聯合發布重大消息。

歐洲南方天文台：北京時間周一晚10點，將會發布重大消息。

清華大學LIGO工作組：北京時間周二上午，將會發布重大消息。

澳大利亞OzGrav團隊：北京時間周二上午，將會發布重大消息。

人們屏住呼吸，紛紛猜測是什麼驚天動地的消息。而這次的消息的確沒有浪費圍觀群眾因緊張憋的那口氣。

在16日22點，中國最早的天文台之一的紫金山天文台聯合南極天文中心攜這一重大信息如期而至。

人們把目光投向了離地球1.3億光年的地方。在這裡探測到了雙中子星併合產生的引力波，並且發現了相應的電磁對應體。這是檢測到的第一例雙中子星引力波事件，人類首次窺見引力波源頭的奧秘。

LIGO發布的雙中子星合併時發生的猛烈爆炸示意圖。扭曲的時空網象徵著爆炸發出的引力波，上下兩道光柱代表的是在發出引力波僅幾秒鐘後會噴射出的伽馬射線。|NSFLIGOSonoma State UniversityA. Simonnet

而1.3億光年的距離，在很多天文物理學家看來簡直近到「想飛上天，和引力波肩並肩」的程度。

什麼是引力波

2017年10月，對於地球來說這註定屬於引力波的一個月。10月3日，諾貝爾物理學獎授予三位引力波探測計劃的重要科學家，10月16日人類首次探測到引力波的電磁對應體。

在雙中子星引力波被檢測到的這一天，看著物理天文界的一陣陣地歡呼，圈外的我們雖然不知道發生了什麼，在「不明覺厲」情緒的帶動下還是忍不住鼓鼓掌。

可能這一天對於我們來說很平凡，而在人類對星辰大海的征途上，這可能正是起航的一天。

有人這樣比喻這次事件：兩顆中子星在1.3億光年距離翻雲覆雨的痕迹被人類檢測到了！

而引力波究竟是什麼呢？

1905年，昂利·龐加萊最先提出，就如同加速度中的電荷會生成電磁波一般，加速度中的質量也會生成引力波。

科學家推測，引力波能夠幫助了解位於宇宙遠處的各種天體，例如黑洞。這類天體無法用光學望遠鏡和射電望遠鏡等傳統方式觀測。宇宙學家還能夠利用引力波來觀測宇宙最早期狀態。| Wikipedia

阿爾伯特·愛因斯坦根據廣義相對論於1916年預言了引力波的存在。在廣義相對論里，引力波是時空本身的漣漪，或者說由於物體的加速度會使得周圍時空發生彎曲，而這種彎曲的擾動本身會以波的形式傳播。

因為當時沒有探測儀器，愛因斯坦等人對引力波的概念一度持懷疑態度。科學家們從愛因斯坦等人的手中接過「引力波」的接力棒，整整一個世紀以後，終於有了重大的突破。

引力波是時空本身的漣漪。或者說我們所處的時空產生了「顫抖」。

引力波是什麼？文字配視頻版更好食用

如果把時空比作舞台，那麼我們人類，人類所處的地球以至於等等眾多星球就都是時空這個舞台上的演員。所謂時空的漣漪，就是時空這個「舞台」波動起來了。

正如真正舞台很「硬」，時空這個舞台同樣是很「硬」的。所以讓時空舞台劇烈波動起來是一件很困難的事情，這也是為什麼引力波是如此微弱的原因。

而有質量物體加速，使空間彎曲變形，引力波就會產生。凡是具有質量或者能量的任何物體都能產生引力波。比如和小夥伴旋轉就會產生引力波，只是非常微小難以檢測。

這次有何不同

探索到引力波並非第一次，但是過去的四次都是雙黑洞併合。

關於這次的不同，最顯而易見的是，雙黑洞合併仍是「黑的」，而雙中子星合併可以發光。

更專業來說，雖然雙黑洞合併也能產生引力波，但基本不會產生拋射物和電磁現象，人類難以探別。

而中子星合併會伴隨一系列電磁現象，並且會在拋射過程形成原子質量很大的元素，比如黃金，以及鈾、鉑等稀土元素。

據估計，僅這次中子星併合事件就產生了10個地球之多的黃金。

捕捉引力波，對理解天體過程的發生以及金、銀等超鐵元素的產生，都具有至關重要的作用。

然而以上都不是重點，此次探測更大的意義在於——通過聯合觀測，人類首次確定了引力波源的位置，觀測到了相應的電磁波的對應體。

打個比方，如果把引力波事件比喻成一個窈窕的歌女，之前我們或是只聞其聲（僅僅接收到引力波信號）不知其人，或是只見其人（僅僅接收到電磁波信號）不知其聲。

但這次我們第一次同時看到了人，並且聽見其曼妙歌聲。這使得我們能夠從不同的方式看到同一個事件。

歐洲南方天文台繪製的雙中子星碰撞出的引力波模擬圖

人類對宇宙的觀測主要依賴於電磁波、引力波、中微子、宇宙線。

伽俐略的時代，我們僅僅能夠探測到電磁波中「可見光」這很窄的一部分。

隨著天文技術的發展，我們探測能對射電、紅外線、紫外線、X射線、γ射線等其他頻率的電磁波信號進行探測研究。

美國航天局發射的雨燕衛星，就因為搭載了多個波段的探測器，從而獲得眾多重大的科學發現。

同時接收到電磁波和引力波等多種信號實現不同探測窗口的聯合觀測，才是真正打開了「多信使天文學」大門，可以預見這必將人類對宇宙的認識向前推進一大步。

比如，我們通過對於引力波波形的分析可以知曉該天體的距離，對於電磁波信號的分析可以得到該天體的紅移。

同時獲得引力波和電磁波的觀測，獲得了這兩個數據，我們就能夠對宇宙的膨脹速度作出一個計算。

值得一提的是，此次雙中子星併合引力波的事件的觀測中，中國的天文學家做出了重要成績。

我國位於南極的AST3巡天望遠鏡，對於此次引力波事件的電磁波對應體進行了寶貴的後續觀測。

AST3巡天望遠鏡

今年夏天剛剛發射的「慧眼」硬X射線調製望遠鏡，並沒有探測到預期中的高能量波段上的輻射，從而給出了波源性質的限制信息。

此外，位於貴州的「大鍋」FAST望遠鏡能夠對脈衝星時延的觀測來探測低頻率引力波信號。

籌備中的「天琴計劃」以及「太極計劃」也預計發射衛星在空間中進行低頻信號的探測。

高海拔的西藏阿里地區也開始籌建探測微波背景輻射的望遠鏡，期望能夠發現極低頻率的原初引力波。

當下在這方面研究最深入的是清華大學LSC團隊，它是LIGO重要科學合作組織。相信在未來中引力波研究里的「中國聲音」會越來越響亮。

人類的征途是星辰大海

我們普通人可能最想問：引力波有什麼用？

實際上，暫時來說，沒什麼用。但任何事物都不會僅僅以是否有用作為唯一指標來衡量價值。

中科院紫金山天文台研究員韋大明說：「引力波能幫人類洞悉整個宇宙的起源。如果找到合適的引力波，人們將有機會為大爆炸等一系列基本物理假設找到證據。到那時，人類會以前所未有的方式看到塑造宇宙的力量。」

對於我們生活在地球上的一群生命而言，宇宙太過廣袤和宏大。

但是作為一群有智慧的生命，我們仍在為不斷超越自身的認知極限而努力。

而引力波，就為我們認知宇宙的進程推進了小小的一步。

誰也不知道，這小小的一步，會不會成為人類認識更廣闊的宇宙路上的一塊里程碑。

正如赫胥黎所說：已知的事物是有限的，未知的事物是無窮的；我站立在茫茫無邊神秘莫測的汪洋中的一個小島上。繼續開拓是我們每一代人的職責。

人類的征途是星辰大海，為了那10個地球的黃金。

作者：北師大天文系在讀，東京大學宇宙射線研究所（ICRR）研究組的引力波項目成員。

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